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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-6159
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/615/


Kerat, Uwe

Einfluss von vibrationsinduzierter Konvektion auf die Kristallzüchtung aus der Schmelze

Influence of vibration induced convection on the crystal growth form melts

Dokument1.pdf (13.466 KB) (md5sum: 7be6cd3f398b040ed68e0aa5b80f0787)

Kurzfassung in Deutsch

In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von vibrationsinduzierten Strömungen und von rotierenden Magnetfeldern zur Kontrolle von zeitabhängigen Konvektionsströmungen bei der Silicium-Floating-Zone Züchtung untersucht. Der Schwerpunkt der Arbeit lag dabei auf dem Einfluss der Vibration.
Numerische Simulationen und Experimente mit Modellsubstanzen (NaNO3, Wasser, etc.) zeigten vielversprechende Einsatzmöglichkeiten der Vibration, z.B. die Anwendung auf alle Materialien, unabhängig von ihrer elektrischen Leitfähigkeit. Experimente mit realen Züchtungsanordnungen, bzw. mit anwendungsrelevanten Substanzen, fehlten bislang.
Um einen breiten Parameterbereich untersuchen zu können, sind hochfrequente und niederfrequente Vibrationseinheiten entwickelt worden.
Temperaturmessungen und Visualisierungsexperimente in NaNO3-Halbzonen dienten zur Klassifizierung der vibrationsinduzierten Strömung in freien Schmelzzonen.
Zum ersten Mal wurden Vibrationen unter µg-Bedingungen im Rahmen des Europäischen MAXUS-Programms eingesetzt.
Beide, hoch- und niederfrequente Vibrationen wirken der thermokapillaren Strömung entgegen, was sich in einer Abflachung der Phasengrenze, einer veränderten Makrosegregation und reduzierter Dotierstoffstreifen zeigt. Kristalldurchmesser und die Kristallmorphologie ändern sich unter Einfluss von Vibrationen.
Die Ergebnisse der Vibrations-Kristalle wurden mit Kristallen verglichen, die sowohl in Schwerelosigkeit als auch unter Einfluss eines rotierenden Magnetfeldes gezüchtet wurden. Erstmals wurden Temperaturmessungen in einer Silicium-FZ-Züchtung als Funktion eines rotierenden Magnetfeldes durchgeführt, welche Schlußfolgerungen über die Fluktuationen des Strömungsfeldes und den Einfluss auf den Dotierstoffeinbau zuließen.


Kurzfassung in Englisch

The influence of vibration induced convection and rotating magnetic fields were investigated in this thesis, where the main topic was to generate a predefined transport regime in a Silicon Floating-Zone by vibrations. In contrast to conventional flow control techniques like static or rotating magnetic fields, the vibration induced flow is not restricted to electrically conducting liquids but can be applied to all kinds of fluids. Up to now, vibrational convection has only been studied in a few low temperature and high Prandtl number model systems (e.g. NaNO3, silicon oil).
For the first time vibrations were applied to the Floating-Zone growth of Silicon crystals, including a microgravity experiment. To investigate a wide rage of vibration frequencies devices for high and low frequencies were developed (40Hz – 5 kHz).
Temperature measurements and visualisation experiments in NaNO3-halfzones were performed to classify vibration induced convection.
It is shown that vibrations influence the growth system in various ways. The intensity of dopant striations due to Marangoni convection is minimized. With low-frequency vibrations (f»50Hz, a>250µm), the morphology of the crystal changes. Axial vibrations during crystal growth also affect the deflection of the solid/liquid interface which is flattened in dependence on the intensity of the vibrations. The axial dopant segregation profile is also affected.
The results of the vibration-crystals were compared with crystals which were grown under microgravity as well as in rotating magnetic fields. For the first time temperature measurements as a function of a rotating magnetic field were performed, which allowed to draw a conclusion about the flow field and the incorporation of dopants.


SWD-Schlagwörter: Kristallzüchtung , Schwingung , Erzwungene Konvektion , Magnetfeld
Freie Schlagwörter (deutsch): Vibrationsinduzierte Konvektion , rotierendes Magnetfeld , Silizium Floating Zone Züchtung
Freie Schlagwörter (englisch): vibration induced convection , rotating magnetic field , silicon floating zone growth
Institut: Kristallographisches Institut
Fakultät: Fakultät für Chemie und Pharmazie (bis Sept. 2002)
DDC-Sachgruppe: Geowissenschaften, Geologie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Benz, Klaus-Werner (Prof.Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 31.10.2002
Erstellungsjahr: 2002
Publikationsdatum: 14.01.2003
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